CN114599906A

CN114599906A - 恒温阀

Info

Publication number: CN114599906A
Application number: CN202080075369.2A
Authority: CN
Inventors: 让-克劳德·奎瓦利埃; 吉勒斯·韦梅尔
Original assignee: Novares France SAS
Current assignee: Novares France SAS
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-06-07
Also published as: US12007796B2; WO2021079049A1; EP4049107B1; ES2972059T3; EP4049107A1; US20220390969A1; FR3102527A1; FR3102527B1

Abstract

本发明涉及一种恒温阀(10)，其包括中空的主体(1)，第一开口(2)和第二开口(3)，所述第一开口和第二开口通向主体(1)并且通过通道部段(5)液压连接；以及关闭装置，所述关闭装置至少部分地布置在通道部段(5)中并且包括恒温致动器(4)，返回装置(6)，阀(8)，所述阀能够在被恒温致动器(4)致动时打开第一开口(2)，并且能够在被返回装置(6)返回时关闭第一开口(2)，其中，所述恒温致动器(4)包括包含膨胀材料的筒体(41)，超过阈值温度时所述膨胀材料的体积增加，以及限定轴向方向(D)的棒(42)，在膨胀材料的作用下，能够发生筒体(41)和棒(42)之间沿着轴向方向(D)的相对运动，其特征在于，棒(42)在其端部之一(421)处支承抵靠邻接元件(13)，所述邻接元件(13)在移动装置(14，18)的作用下可在筒体(41)的方向上移动，以便当膨胀材料的温度低于阈值温度时允许打开第一开口(2)，所述移动装置(14，18)至少部分地布置在通道部段(5)内。

Description

恒温阀

技术领域

本发明涉及恒温阀的领域。恒温阀通常用于流体回路(气体、水、油……)的自动热调节领域。

背景技术

在已知的方式中，恒温阀包括封闭的中空的主体，该封闭的中空的主体被第一开口和第二开口穿过，并包括以密封的方式分隔两个开口的塞件。塞件对流体的温度敏感，以便在阈值温度以上打开，并在所述阈值温度以下关闭。

汽车领域的一个说明性应用是制造水入口壳体(收敛型)或水出口壳体(发散型)。

恒温阀的塞件通常包括恒温致动器，例如蜡囊，以及由恒温致动器致动的阀瓣。蜡囊包括填充有热敏蜡的筒体。在阈值温度下，随着固/液相的变化，蜡在体积显著变化的作用下驱使杆。这种恒温致动器从阈值温度或开始打开温度起自动地控制阀瓣的打开行程。通过与恒温致动器对抗的偏压装置(比如弹簧)确保阀瓣的关闭。该阀有利地具有与提供用于恒温阀的标称(最大)流动速率相适配的贯穿部段。

尽管相对来说功能强大且便宜，但蜡囊恒温器有一些缺点。它们的主要缺点之一是它们在单一阈值温度下的反应性。然而，根据操作发动机的方法，有时候有益的是，能够在低于蜡的状态变化温度的温度下打开恒温阀的阀瓣。为了克服这个缺点，在现有技术中已经提出增加旨在加热蜡的电加热器。然而，这种类型的电加热器不能使恒温器在低于阈值温度20℃时提前打开，这并不总是足以确保发动机的最佳运行的。此外，蜡被加热的时刻和阀打开的时刻之间的时间通常较长，这可能是个问题，尤其是在需要快速打开阀的情况下。

为了克服蜡囊恒温器的上述问题，开发了一种电动滑阀系统，以便在所有条件下控制热量传递流体的流通。这些阀基于一个或更多个阀芯的原理操作，这些阀芯能够打开或关闭径向窗口，每个窗口专用于一个流通支路。因此，这些阀可以根据温度，也可以根据其它参数(比如施加到发动机上的负载、吸入空气的温度或气缸头部的温度)来控制热量传递流体的流动速率。然而，这些阀需要安装传感器以控制操作参数，并且需要安装控制单元以管理阀芯的移位。此外，为了确保阀芯和每个流通支路之间的良好密封，严格的几何形状和尺寸控制是必要的。因此，这些阀具有过高的成本，只能用于高端用途。此外，由于使用电动致动器，这些控制操作的阀具有相当大的尺寸，这使得它们无法安装在某些类型的车辆上。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种可以克服蜡囊恒温器的缺点同时降低成本和尺寸的恒温阀。

为此，根据第一方面，本发明的目的是一种恒温阀，该恒温阀包括中空的主体；通向主体并通过贯穿部段而液压连接的第一开口和第二开口；以及塞件，所述塞件至少部分地设置在贯穿部段中并且包括恒温致动器，偏压装置，阀瓣，所述阀瓣在被恒温致动器致动时能够打开第一开口并且在被偏压装置偏压时能够关闭第一开口，其中，恒温致动器包括：容纳膨胀材料的筒体，超过阈值温度该膨胀材料的体积增加；以及限定轴向方向的杆，在膨胀材料的作用下，可以发生筒体和杆之间的沿着轴向方向的相对移位；其特征在于，所述杆在其端部之一处支承抵靠在邻接元件上，所述邻接元件在移位装置的作用下可朝向所述筒体移位，以便能够在膨胀材料的温度低于阈值温度时打开第一开口，所述移位装置至少部分地设置在贯穿部段内。

如此构造，本发明允许独立于在阀中流通的流体的温度而打开和关闭阀瓣。此外，由于移位装置被部分地定位在贯穿部段中，阀的尺寸基本上等同于传统的恒温阀(其配备有例如蜡囊类型的恒温致动器)的尺寸。

根据其他特征，本发明的恒温阀包括单独考虑或根据任何可能的组合考虑的一个或更多个以下可选特征：

-移位装置能够使邻接元件沿着由杆限定的轴向方向移位。

-邻接元件包括：中空柱形的环，该中空柱形的环在其外边界上具有至少一个沟槽，所述沟槽限定了攻丝部分；以及中心毂，该中心毂借助径向翼片连接到所述环，所述中心毂与杆对准并与之接触；并且移位装置包括：电动致动器，该电动致动器能够使中心毂围绕平行于轴向方向的轴线旋转移位；以及至少一个抬升的突起，所述突起形成在主体的内边界上，所述突起限定螺纹部分，环的攻丝部分拧入到该螺纹部分中，使得中心毂的旋转移位引起邻接元件沿着轴向方向的移位。

-邻接元件包括中空柱形的环和借助径向翼片连接到所述环的中心毂，所述中心毂与杆对准并与其接触，并且邻接元件滑动地安装在主体中，使得其旋转被锁定但可以在轴向方向上移动，所述邻接元件被拧入到连接元件中，或者相反地，所述连接元件被拧入邻接元件，该连接元件能够在电动致动器的作用下绕平行于轴向方向的轴线旋转移动，连接元件的旋转移位确保邻接元件的轴向移位。

-邻接元件包括彼此成角度地隔开的四个径向翼片。

-孔，其形成在中心毂的端部之一处，该孔的尺寸被确定成接收杆的从筒体伸出的一个端部。

-阈值温度被包括在20℃和115℃之间。

-膨胀材料是蜡。

-恒温阀包括密封装置，该密封装置能够防止贯穿部段和外隔室之间的流体流通，所述外隔室部分地容纳移位装置。

-密封装置由O形环垫圈组成，其至少部分地围绕定位在贯穿部段和外隔室之间的连接元件设置，并在移位装置的作用下围绕平行于轴向方向的轴线进行旋转运动。使用这种不能轴向移位的旋转连接元件使得可以借助简单的O形环垫圈在贯穿部段和外隔室之间获得适当的密封。

-偏压装置是压缩弹簧，该压缩弹簧对保持架施加轴向推力，所述保持架至少部分地环绕恒温致动器的筒体并抵靠阀瓣布置，保持架在压缩弹簧施加的推力和阀瓣在其移位期间施加的反推力的共同作用下沿轴向方向移动。

根据另一方面，本发明的目的是用于流体回路的恒温调节的流体入口壳体或流体出口壳体，其包括这种恒温阀。

根据本发明的特定构造，阀的主体借助卡口式连接紧固在壳体的框架上。

附图说明

参考附图，通过阅读以下非限制性描述，将更好地理解本发明：

[图1]是根据本发明特定实施例的设置有恒温阀的水出口壳体的透视图，

[图2]是图1所示的壳体的分解透视图，

[图3]是如图2所示的壳体的剖视图，

[图4]是如图1所示的壳体的剖视图，阀瓣处于关闭位置，

[图5]是类似于图4的视图，由于恒温致动器的杆的移位，阀瓣已经移位到打开位置，

[图6]是类似于图4的视图，由于邻接元件的移位，阀瓣被移位到打开位置，

[图7]是如图4所示的壳体的第一结构细节的放大视图，

[图8]是如图4所示的壳体的第二结构细节的放大视图，

[图9]是图2所示恒温阀的局部剖视图，

[图10]是示出图1的壳体的邻接元件和连接元件之间的滑动连接的透视图。

具体实施方式

图1表示冷却流体出口或入口壳体20，冷却流体通常是乙二醇水。在流体出口壳体的具体情况下，壳体20可以管理从发动机到散热器的流体流通。因此，根据冷却流体的温度，壳体20将冷却流体引导至散热器或不引导至散热器，以便维持发动机的最佳操作温度。壳体20具有一个或更多个流体可以进入的入口和一个或更多个流体可以离开的出口。如图2和图3所示，壳体20在其周边还具有圆形开口23，所述开口23允许恒温阀10被部分地引入壳体20内，然后例如借助卡口型连接紧固到所述壳体20。因此根据预期的用途和车辆所装备的发动机，可以通过简单地修改恒温阀10来修改壳体20内的冷却流体的回路。因此，壳体20可以用于相对不同的用途和负载，这需要对冷却剂流动速率进行特定的控制。特别地，恒温阀10可以有几种形式：具有传统恒温器(非受控)、具有加热器的恒温器(受控)或具有电动致动器。

在图1至图3所示的特定的实施例中，壳体20包括框架21。框架21具有分隔两个腔室24、25的分隔件26，相应地，腔室24用于从发动机吸入冷却流体，流体穿过入口导管22进入壳体20，腔室25用于返回到冷却流体歧管，流体通过出口导管22'离开壳体20。分隔件26具有由导管27延伸的开口，允许两个腔室24、25彼此连通。

壳体20还结合了恒温阀10。阀10包括主体1，该主体具有与开口23对准并且紧固到开口上(特别是通过卡口式连接)的基本柱形的第一部分11，以及相对于第一部分倾斜地设置的基本柱形的第二部分12。除了由第一部分11限定的第一开口2和由第二部分12限定的第二开口3之外，主体1形成封闭的腔体，第一开口和第二开口通向主体1并允许流体进入和/或输出。在流体出口壳体的情况下，第二开口3可以例如允许冷却流体向散热器输出，以便冷却流体。第一开口2和第二开口3通过贯穿部段5连接。阀10进一步包括塞件，该塞件至少部分地设置在贯穿部段中，以便选择性地将第一开口2与第二开口3分开。所述塞件被构造成在低于阈值温度时关闭，并由此通过关闭贯穿部段5以紧密的方式将第一开口2与第二开口3分开，并且在高于阈值温度时打开，以便将第一开口2流体连接到第二开口3，其中贯穿部段5完全打开并且能够让标称/最大流动速率通过。

为此，塞件包括恒温致动器4、偏压装置6和阀瓣8。阀瓣8能够在被恒温致动器4致动时打开，并且能够在被偏压装置6偏压时关闭。恒温致动器4通常包括两个致动点，并且能够改变存在于这两个致动点之间的距离和/或力。第一致动点固定至主体1，第二致动点固定至阀瓣8。

恒温致动器4具体地包括筒体41和杆42，杆沿着其轴线接合在筒体41中并且能够从筒体41中出来，所述杆42在方向D上对准。具有大致环形形状的阀瓣8环绕筒体41的周边并且固定到其上。如图4和图5所示，恒温致动器4的杆42相对于恒温阀10的主体1固定，恒温致动器4的筒体41相对于杆42可移动并使与之固定的阀瓣8移位。筒体41和杆42之间的这种相对移位是由包含在筒体41中的膨胀材料的状态变化引起的，并且杆42的端部之一支承抵靠在该膨胀材料上。这种膨胀材料尤其具有一定的阈值温度，超过该阈值温度，它从固态变成液态并且体积增加。因此，这种体积的增加产生了对杆42的推力，由于杆42不动，这导致了筒体41的移位。在蜡囊类型的恒温致动器的情况下，包含在筒体41中的膨胀材料是蜡，并且阈值温度通常被包括在80℃和115℃之间。在其他恒温致动器的情况下，阈值温度可以小于80℃。因此，对于空气/水交换器所配备的恒温器，该阈值温度被包括在50℃和70℃之间。对于电池冷却回路中使用的恒温器，该阈值温度还可以被包括在20℃和50℃之间。

因此，如图4所示，当冷却流体的温度低于膨胀材料的阈值温度时，阀瓣8关闭主体1的开口2，从而防止任何流体通过开口3输出。因此，冷却流体F仅通过导管27在壳体20的腔室24和25之间流通。

如图5所示，当冷却流体的温度高于膨胀材料的阈值温度时，筒体41在导管27的方向上移动，这具有将阀瓣8从主体1的开口2处移开的效果，从而使得冷却流体F能够流通通过开口2，然后进入贯穿部段5，最后通过开口3。

从图5所示位置到图4所示位置的反向通过发生在冷却流体温度逐渐下降期间以及在偏压装置6的推动的情况下。在所示的实施例中，偏压装置6是压缩弹簧，其设置在框架21的分隔件26和中间部分7之间，该中间部分限定了至少部分地环绕恒温致动器4的筒体41并且支承抵靠在阀瓣8上的保持架。因此，偏压装置6经由保持架7对阀瓣8施加轴向推力，该轴向推力与恒温致动器4施加的轴向推力对抗。因此，恒温致动器4确保阀瓣8的打开，而偏压装置6通过将所述阀瓣8按压抵靠在其基座上来确保阀瓣8的关闭。因此，依据温度，当温度超过阈值温度时，恒温致动器4伸展，打开阀瓣8，并通过压缩偏压装置6来抵抗偏压装置，而当温度下降到阈值温度以下时，偏压装置6接管、驱使和关闭阀瓣8，并减少恒温致动器4的动作。

为了确保在低于恒温致动器的膨胀材料的阈值温度的流体温度的情况下打开阀瓣8，阀10有利地具有移位装置，使得能够使恒温致动器4的第一致动点移位。在所示实施例中，第一致动点由邻接元件13限定，恒温致动器的杆42的端部之一邻接抵靠在邻接元件上。如图4和图9中详细示出的，该邻接元件13包括中空柱形的环131和中心毂132，中空柱形的环在其外边界上具有螺旋沟槽135，所述沟槽135限定了攻丝部分，中心毂借助几个径向翼片136(例如彼此成角度地间隔开的四个径向翼片136)连接到所述环131。中心毂132与杆42对准，并在其面向筒体41的端部133处与杆接触。如图8所示，中心毂132的端部133特别具有轴向孔134，该轴向孔被定尺寸以接收杆42的从筒体41伸出的端部421，孔134的形状有利地与杆42的形状互补。如图7所示，中心毂132的另一个端部137连接到连接元件16，该连接元件横跨地设置在贯穿部段5和容纳电动致动器14的外隔室15之间。如图10所示，中心毂132的端部137可以例如通过滑动连接而连接到连接元件16，该滑动连接由于存在沿着端部137的花键138而产生，该花键旨在在连接元件16的腔体162内滑动，所述腔体162具有与端部137的形状互补的形状。因此，连接元件16可以将扭矩传递到中心毂132，这两个部分可以自由平移。电动致动器14能够将围绕轴线D的旋转运动传递给连接元件16，使得连接元件16能够将扭矩传递给中心毂132。为了避免任何流体进入外隔室15，在形成在所述连接元件16的周边处的环形沟槽161的水平处，O形环垫圈17被设置成围绕连接元件16，使得O形环垫圈17定位在开口191内，该开口形成在将贯穿部段5与外隔室15分开的壁19中。

中心毂132的旋转运动经由径向翼片136传递到环131。如图4和图9所示，环131设置在由主体1的第一部分11形成的腔体中，以便与第一部分的内边界接触。给定该内边界设置有螺旋形的抬升的突起18，所述突起18形成螺纹部分，环131的攻丝部分拧入到该螺纹部分中，在环131的旋转期间，发生伴随的沿着邻接元件13的轴向方向D的平移移位。当邻接元件13远离连接元件16移动时，这种平移移位尤其能够朝向筒体41驱使杆42。在流体的温度低于膨胀材料的阈值温度的情况下，包含在筒体41中的膨胀材料处于固态。因此，杆42的平移移位直接传递到筒体41。

如图6所示，筒体41因此可以在邻接元件13的作用下朝向导管27移动，这具有使阀瓣8移动远离主体1的开口2的效果，从而使得冷却流体F能够流通穿过开口2，然后进入贯穿部段5，最后通过开口3。

当电动致动器14的旋转方向反向时，发生从图6所示位置到图4所示位置的反向通过。实际上，由于环131的攻丝部分和主体1的螺纹部分之间的相互作用，这种在相反方向上的旋转运动导致邻接元件13朝向连接元件16的平移运动。然后，在偏压装置6的作用下并且经由保持架7，固定在阀瓣8上的恒温致动器4被朝向连接元件16驱使，直到阀瓣8抵靠其基座布置，从而关闭主体1的开口2。

当然，本发明不限于上述和各种附图所示的实施例，该实施例仅作为示例提供。在不脱离本发明的范围的情况下，修改仍然是可能的，特别是关于各种元件的构造或者通过用技术等同物替代。

特别地，壳体20也可以是用于发动机的冷却回路的水入口歧管。

此外，在本发明的另一个变型(未示出)中，邻接元件13可以滑动地安装在主体1中，使得它在旋转上被锁定，但是可以根据轴向方向D移动。它将被拧入到连接元件16中，或者相反地，所述连接元件16被拧入到邻接元件13中，相应地拧紧/拧松邻接元件13和连接元件16，确保邻接元件13的轴向移位。这种变型可以例如通过包覆成型金属插入件或金属螺丝杆来制造。

Claims

1.一种恒温阀(10)，包括：中空的主体(1)；第一开口(2)和第二开口(3)，所述第一开口和第二开口通向所述主体(1)并通过贯通部段(5)液压连接；以及塞件，所述塞件至少部分地设置在所述贯通部段(5)中，并且该塞件包括恒温致动器(4)、偏压装置(6)、阀瓣(8)，所述阀瓣能够在被所述恒温致动器(4)致动时打开所述第一开口(2)并且能够在被所述偏压装置(6)偏压时关闭所述第一开口(2)，其中，所述恒温致动器(4)包括：包含膨胀材料的筒体(41)，超过阈值温度时所述膨胀材料的体积增加；以及限定轴向方向(D)的杆(42)，在所述膨胀材料的作用下能够发生在筒体(41)和杆(42)之间的沿着轴向方向(D)的相对移位；其特征在于，所述杆(42)在该杆的端部之一(421)处支承抵靠在邻接元件(13)上，所述邻接元件(13)在所述移位装置(14，18)的作用下能朝向所述筒体(41)移位，以便能够在所述膨胀材料的温度低于所述阈值温度时打开所述第一开口(2)，所述移位装置(14，18)至少部分地设置在所述贯穿部段(5)内。

2.根据前一权利要求所述的恒温阀(10)，其特征在于，所述移位装置(14，18)能够使所述邻接元件(13)沿着由所述杆(42)限定的轴向方向(D)移位。

3.根据前一权利要求所述的恒温阀(10)，其特征在于，所述邻接元件(13)包括：中空柱形的环(131)，所述中空柱形的环在该环的外边界上具有至少一个沟槽(135)，所述沟槽(135)限定了攻丝部分；以及中心毂(132)，该中心毂借助径向翼片(136)连接到所述环(131)，所述中心毂(132)与所述杆(42)对准并与该杆接触；并且所述移位装置包括：电动致动器(14)，所述电动致动器能够使所述中心毂(132)围绕平行于所述轴向方向(D)的轴线旋转移位；以及至少一个抬升的突起(18)，所述突起形成在所述主体(1)的内边界上，所述突起(18)限定螺纹部分，所述环(131)的攻丝部分拧入到所述螺纹部分中，使得所述中心毂(132)的旋转移位引起所述邻接元件(13)的沿着轴向方向(D)的平移移位。

4.根据权利要求2所述的恒温阀(10)，其特征在于，所述邻接元件包括中空柱形的环和借助径向翼片连接到所述环的中心毂，所述中心毂与所述杆对准并与该杆接触，并且所述邻接元件滑动地安装在所述主体中，使得该邻接元件在旋转上被锁定但能够在所述轴向方向上移动，所述邻接元件被拧入到连接元件中，或者相反地，所述连接元件被拧入到所述邻接元件中，该连接元件能够在电动致动器的作用下绕平行于所述轴向方向的轴线旋转移位，所述连接元件的旋转移位确保所述邻接元件的轴向移位。

5.根据权利要求3或4所述的恒温阀(10)，其特征在于，所述邻接元件(13)包括四个彼此成角度地间隔开的径向翼片(136)。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的恒温阀(10)，其特征在于，形成在所述中心毂(132)的端部(133)之一处的孔(134)的尺寸被确定成接收所述杆(42)的从所述筒体(41)伸出的端部(421)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的恒温阀(10)，其特征在于，所述阈值温度被包括在20℃和115℃之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的恒温阀(10)，其特征在于，所述膨胀材料是蜡。

9.根据前述权利要求中任一项所述的恒温阀，其特征在于，所述恒温阀包括密封装置(17)，所述密封装置能够防止所述贯穿部段(5)和外隔室(15)之间的流体流通，所述外隔室部分地容纳所述移位装置(14)。

10.根据前一权利要求所述的恒温阀，其特征在于，所述密封装置由围绕连接元件(16)设置的O形环垫圈(17)组成，所述连接元件设置在所述贯穿部段(5)和所述外隔室(15)之间，并且在所述移位装置(14)的作用下，所述连接元件围绕平行于所述轴向方向(D)的轴线进行旋转运动。

11.根据前述权利要求中任一项所述的恒温阀，其特征在于，所述偏压装置是压缩弹簧(6)，所述压缩弹簧对保持架(7)施加轴向推力，所述保持架至少部分地环绕所述恒温致动器(4)的筒体(41)并抵靠阀瓣(8)布置，所述保持架(7)在所述压缩弹簧(6)施加的推力和所述阀瓣(8)移位时施加的反推力的共同作用下沿所述轴向方向(D)移动。

12.一种流体入口或流体出口壳体(20)，其用于恒温调节流体回路，其特征在于，所述流体入口或流体出口壳体包括根据前述权利要求中任一项所述的恒温阀(10)。

13.根据前一权利要求所述的壳体(20)，其特征在于，所述阀(10)的主体(1)借助卡口式连接紧固到所述壳体(20)的框架(21)。